掺硅磷酸钙骨水泥的制备与性能研究

发布时间：2020-03-22 15:15

【摘要】：磷酸钙骨水泥(CPC)是一种可自固化的骨修复材料,因具有良好的生物学特性和固化过程放热少等优点,已经成功地被应用于临床硬组织修复和替代中。然而,CPC存在固化时间过长、力学强度不高、抗溃散性差以及降解缓慢等缺点,限制了其在临床上的应用。为解决CPC的上述问题,本文通过工艺优化制备出了性能优良的CPC骨水泥,并利用硅(Si)元素对CPC骨水泥进行改性,以多种方式在CPC骨水泥中引入Si元素,制备出了满足临床需求的新型Si-CPC骨水泥。以不同配比的α-TCP和DCPD两种粉末作为固相,以Na2HPO4与柠檬酸的不同比例水溶液作为固化液,采用不同液固比进行调和固化成型,完成了 CPC骨水泥的制备。研究表明,在5wt.%柠檬酸+0.5mol/LNa2HPO4水溶液为液相的条件下,α-TCP与DCPD以摩尔比为2:1混合固化时,水化产物中存在板片状CDHA,其力学性能最优,孔隙率也最低。随着液固比的增大,骨水泥的孔隙率与抗压强度均增大,同时生成的板片状纳米CDHA相分布越广泛,本试验条件下,最佳的液固比为0.4mL/g。固化液中添加适量浓度柠檬酸,可提高骨水泥的抗压强度,降低其孔隙率,缩短凝固时间,同时又能促进状板片纳米CDHA相的生成,当液相为6wt.%柠檬酸+0.5mol/L Na2HPO4水溶液时,CPC性能最优宜。在CPC中引入不同含量不同结晶度的TTCP,发现无论HCTTCP/CPC还是LCTTCP/CPC,均有新相HA生成,且呈现纳米尺度的板片状。LCTTCP的添加增大了骨水泥的孔隙率,缩短了凝固时间,减少片状HA晶体的生成,并导致抗压强度下降。HCTTCP的添加则降低了骨水泥的孔隙率,提高抗压强度和片状HA的生成,当添加量为5wt.%时,骨水泥HCTTCP/CPC的性能最为优良。分别通过直接在固相中添入适量的CS和SiO2以及以Si-α-TCP方式在CPC骨水泥中引入Si元素制备了 Si-CPC骨水泥。结果表明:直接在CPC固相中掺入CS,CPC表面出现片状DCPD晶体,随着CS的含量增加,0.4mL/g的液固比不能满足固相粉末的润湿,固化时间降低,并出现团聚现象,而得到的骨水泥力学性能直线下降,其孔隙率增大。Si02的添加促进了骨水泥表面膜层和板片状HA新相的生成。通过高温烧结将Si元素掺入到α-TCP制备出具有较高生物活性的Si-α-TCP。在以Si-α-TCP/DCPD/TTCP形成的Si-CPC骨水泥中,随着Si含量的增加,其骨水泥的力学性能得到显著提高,当Si含量为2.5mol%时,Si-CPC的综合性能最为优良,其孔隙率较低,抗压强度提高到CPC骨水泥抗压强度的3倍,其水化产物表面生成致密的膜层,同时伴有新相Si-HA生成。利用SBF浸泡法来评估Si-CPC与CPC骨修复材料的生物活性。结果表明,从浸泡第1d起,Si-CPC骨水泥的降解率一直负向增加,同时骨水泥表面出现分布均匀且致密的纳米板片状HA晶体,浸泡7d后出现无定形硅凝胶。CPC的降解率先增大在负向增加,浸泡7d后,CPC表面开始出现少量板片状HA晶体,但HA相结晶度不高。在浸泡过程中,两种骨水泥的浸泡液pH值变化趋势相同,均在第6d时,浸泡液的pH处于最低,但Si-CPC浸泡液pH值均高于CPC的,这种浸泡条件有利于水化产物的生成。以上结果表明,Si-CPC不仅具有很好的的力学性能,且其生物活性也最为优良。
【图文】：

掺硅磷酸钙骨水泥的制备与性能研究

HA不同轴向的XRD图谱及其组织形貌:(a)aHA;(b)cHA;(c)iHAt3a7Fig.l.1TheshoelaceandmorphologyofthenoncoaxialHA:(

掺硅磷酸钙骨水泥的制备与性能研究

a-TCP的微观形貌图:a、未球磨;b,球磨Pig.3.2Themicrotapographyofa-TCP:a.noball-
【学位授予单位】：山东大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：R318.08

【参考文献】